向家壩右岸電站電氣一次設(shè)備綜述

周家明，董 顯

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

0 引言

向家壩右岸為地下廠房，安裝4臺水輪發(fā)電機組，發(fā)電機單機額定容量為888.9 MVA，出口母線為23 kV離相封閉母線（IPB）。發(fā)電機與變壓器為單元接線，變壓器的額定容量為890 MVA，額定電壓550 kV。主變壓器與GIS采用500kV高壓電纜連接。500kV GIS出線通過SF6管線及出線套管引至出線門形架。出線平臺布置SF6/空氣套管、電容式電壓互感器、避雷器等出線設(shè)備。右岸開關(guān)站為交流500 kV一級電壓接入系統(tǒng)，右岸電站2回交流500 kV線路至復(fù)龍換流站，輸送距離約為12 km。

1 電氣主接線

電氣主接線遵循“安全、可靠、靈活、經(jīng)濟”的原則，經(jīng)過多個方案的可靠性計算及技術(shù)經(jīng)濟比較，向家壩右岸電站最終選擇的主接線方式具有以下特點：

（1）每臺機組發(fā)電機出口設(shè)置發(fā)電機斷路器以滿足機組參與調(diào)峰運行時的開、停機要求。

（2）發(fā)電機—變壓器采用單元接線方式，其運行靈活度高，繼電保護簡單，分期過渡性強。

（3）500 kV采用3串3/2接線，其供電安全性高，靈活性強，對系統(tǒng)要求的適應(yīng)性最好，繼電保護相對簡單，對廠用電影響最小。

（4）3串3/2接線采用交叉接線，比常規(guī)3/2非交叉接線具有更高的運行可靠性，可減少特殊運行方式下事故擴大。

2 發(fā)電機

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

向家壩右岸電站共裝4臺機組，由天津ALSTOM制造，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 向家壩右岸電站發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)

2.2 主要結(jié)構(gòu)特點

（1）全空冷

水輪發(fā)電機均為立軸、半傘式結(jié)構(gòu)，冷卻方式均為全空冷，即定子繞組、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組均為空氣冷卻，采用密閉雙路循環(huán)無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)空氣冷卻系統(tǒng)?？諝獾难h(huán)通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子的徑向氣流作用來實現(xiàn)，空冷器出來的冷風(fēng)，設(shè)計上端60%風(fēng)量，下端40%風(fēng)量，通過改變轉(zhuǎn)子支臂進風(fēng)口的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。

（2）定子組裝

發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)尺寸大，工廠組裝后運輸存在困難，因此，采用現(xiàn)場組裝方式。同時現(xiàn)場組裝能夠提高定子鐵心的壓緊質(zhì)量，保證鐵心圓度。定子為斜支臂的定子機座結(jié)構(gòu)，定子機座分成5瓣運至現(xiàn)場，定子鐵芯總高度為3 490 mm，共分為72小段，從下至上依次為第一至第七十二小段，在工地以1/3的疊片方式交錯疊裝。定子鐵芯由0.5 mm厚的硅鋼片疊裝而成，頂部和底部的疊片組在工廠由5 mm厚粘連在一起的硅鋼片疊成，形成一個堅固的圓環(huán)。

（3）定子繞組

向家壩右岸發(fā)電機定子繞組為三相雙層波繞組，7支路并聯(lián)，Y型連接，節(jié)距1—11—19，每極每相槽數(shù)為3，共756槽，槽電流6 375 A，定子線棒絕緣采用真空浸漬VPI絕緣技術(shù)，F(xiàn)級絕緣，1.5倍額定電壓不起暈，線棒采用羅貝爾360度完全換位，所有接頭采用銀銅焊。采用整數(shù)槽，機組振動較小，但波形畸變較大。

（4）轉(zhuǎn)子繞組

磁極線圈匝間絕緣、鐵心極身絕緣為NOMEX絕緣紙，極身絕緣與線圈間隙用環(huán)氧玻璃布板外包浸漬滌綸氈塞緊。為減小波形畸變，采用的阻尼繞組偏1/4齒距。

（5）發(fā)電機中性點接地裝置

發(fā)電機中性點接地裝置由接地變壓器、電阻、隔離開關(guān)等組成，接地變壓器為單相環(huán)氧澆注式，絕緣等級為H級。

（6）局放監(jiān)測系統(tǒng)

每臺發(fā)電機組6個電容耦合式傳感器，每相安裝2個耦合器，第一個耦合器安裝在發(fā)電機出線端軟連接靠近定子側(cè)，另一個安裝在封閉母線上。電容耦合器額定電壓等級25 kV，電容量80 pF，頻寬40～350 MHz。

3 離相封閉母線

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

離相封閉母線由江蘇大全制造，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 封閉母線主要技術(shù)參數(shù)

3.2 主要結(jié)構(gòu)特點

（1）總體方案

全連、自冷、離相、微正壓充氣封閉母線。

（2）結(jié)構(gòu)尺寸

主回路外殼尺寸為Φ1 510 mm×10 mm，導(dǎo)體尺寸為Φ950 mm×15 mm。分支回路外殼尺寸為Φ735 mm×5 mm，導(dǎo)體尺寸為Φ175 mm×12 mm。主回路相間距離為2 000 mm。

（3）支撐方式

外殼支撐采用“抱箍加支座”、“鞍形支座”等支撐方式。主回路母線采用4絕緣子對稱支撐方式，分支回路母線采用2絕緣子對稱支撐方式。

（4）外殼接地方式

封閉母線外殼采用多點接地方式；外殼短路板應(yīng)設(shè)可靠的接地點。當(dāng)母線通過短路電流時，外殼離接地點最遠端的感應(yīng)電壓不超過24 V。

（5）伸縮節(jié)

伸縮節(jié)外殼采用鋁波紋管結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體和外殼均為焊接連接。伸縮節(jié)的設(shè)計滿足軸向位移±25 mm，徑向位移±20 mm的要求，保證母線和外殼的伸縮性。封閉母線和設(shè)備連接處，采用外殼帶密封橡膠套可拆伸縮裝置。

（6）密封結(jié)構(gòu)

在封閉母線端部裝設(shè)密封絕緣套管，與發(fā)電機和變壓器的接口處采用橡膠波紋帶密封。

4 主變壓器

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

主變壓器由保定變壓器有限公司制造，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

4.2 主要結(jié)構(gòu)特點

（1）鐵心結(jié)構(gòu)

鐵心硅鋼片厚度為0.27 mm，在50 Hz時1.7 T下，最大單位損耗值為0.95 W/kg。鐵心疊片采用6級步進搭接接縫，無孔綁扎心式結(jié)構(gòu)。

表3 主變壓器主要技術(shù)參數(shù)

（2）繞組結(jié)構(gòu)

高壓繞組采用分級絕緣，低壓繞組采用全絕緣。高壓繞組為內(nèi)屏蔽連續(xù)式結(jié)構(gòu)，采用半硬自粘換位導(dǎo)線繞制；低壓繞組為螺旋式結(jié)構(gòu)，采用半硬自粘換位導(dǎo)線繞制。

（3）引出線

高壓采用中部出線，500 kV成型引線引出，連接油/SF6套管。低壓出線采用銅管引出，再通過接線片接至低壓套管，由離相封母水平引出。

（4）冷卻器

冷卻器為防堵型雙重管結(jié)構(gòu)，每臺變壓器的冷卻器數(shù)量為6臺，其中1臺為備用。冷卻器的工作水壓力為0.3～0.5 MPa，每臺水冷卻器的額定冷卻容量為500 kW，額定水流量為70 m3/h。

（5）套管

高壓套管為帶有氣體檢漏系統(tǒng)的環(huán)氧樹脂浸漬電容式（RIP）油/SF6套管，德國HSP公司生產(chǎn)，高壓套管額定電壓為550 kV，額定電流為2 500 A，短時耐受電流100 kA/1 s。低壓套管為銅心環(huán)氧樹脂浸漬油/空氣瓷套管，瑞士MICAFIL公司生產(chǎn)，短時耐受電流100 kA/2 s。

（6）中性點接地方式

為限制短路電流值，主變中性點需經(jīng)小電抗器接地，小電抗器電抗值為17.55 Ω。

5 500 kV高壓電纜

5.1 主要技術(shù)參數(shù)

高壓電纜本體由新寶豐電纜公司制造，電纜附件由江蘇安靠制造，主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 高壓電纜主要技術(shù)參數(shù)

5.2 主要結(jié)構(gòu)特點

（1）電纜本體主要結(jié)構(gòu)

電纜導(dǎo)體為圓形5分割，主絕緣材料為超純凈XLPE，電纜由內(nèi)向外主要7層，分別為導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽，絕緣，絕緣屏蔽，緩沖層，金屬套，外護套等。

（2）電纜終端主要結(jié)構(gòu)

電纜終端兩端均為與500 kV GIS相連接的GIS終端，電纜終端在地下主變洞高壓電纜層為水平布置，在地面開關(guān)站電纜層為垂直布置。電纜終端的電氣性能與電纜本體要求基本相同。電纜終端采用全干式結(jié)構(gòu)，干式終端內(nèi)的應(yīng)力錐在工廠制作，現(xiàn)場只進行裝配。

（3）接地回流線

為降低電纜外護套絕緣所承受的工頻過電壓，并抑制對電纜鄰近的弱電線路的電磁干擾，每回電纜線路平行敷設(shè)一根回流線。接地回流線在主電纜之間按“三七開”布置，兩端接地，在主電纜長度的中間位置進行交叉換位布置?；亓骶€截面積為500 mm2,額定電壓10 kV，額定短路電流63 kA/2 s。

（4）監(jiān)測系統(tǒng)

采用光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)，測溫光纖沿每相電纜敷設(shè)在電纜表面測量電纜表面溫度，測溫光纖固定在待監(jiān)測電纜回路上，4回共12根電纜共用1臺光纖測溫主機。在已知電纜表面溫度和額定負荷的條件下，通過查詢電纜表面溫度，利用穩(wěn)態(tài)負荷關(guān)系表，得出對應(yīng)的電纜導(dǎo)體溫度。

多點接地監(jiān)測系統(tǒng)，每回電纜安裝有一個串聯(lián)在金屬套接地電纜回路中的電流互感器，用于電纜金屬套多點接地監(jiān)測，多點接地監(jiān)測裝置具有與計算機相連的I/O和RS232/485接口，具有現(xiàn)場監(jiān)視及遠方監(jiān)測報警能力。

局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，12根500 kV高壓電纜共設(shè)置1套高壓電纜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)服務(wù)器1套、現(xiàn)地監(jiān)測分析裝置1套、工業(yè)以太網(wǎng)交換機1臺、12套高頻電流傳感器（頻率范圍50 kHz～20 MHz）、復(fù)接器、連接電纜等附件。數(shù)據(jù)服務(wù)器和現(xiàn)地監(jiān)測分析裝置通過以太網(wǎng)通信，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使用TCP/IP協(xié)議。

6 500 kV GIS

6.1 主要技術(shù)參數(shù)

500kVGIS由西安西電開關(guān)電氣股份有限公司制造，主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 GIS主要技術(shù)參數(shù)

6.2 主要結(jié)構(gòu)特點

（1）總體布置

500 kV GIS開關(guān)設(shè)備型號為ZF8A-550。其主要組成元件包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)（包括檢修接地開關(guān)、快速接地開關(guān)）、母線、避雷器、電壓互感器、電流互感器、出線套管、電纜連接終端、伸縮節(jié)、盆式絕緣子、現(xiàn)地控制柜、母線PT控制柜、智能控制柜及端子箱等。所有元件采用積木式設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊、布置靈活，能滿足電站各種主接線布置的要求，適應(yīng)性強。

（2）斷路器開斷能力

由于向家壩右岸是水輪發(fā)電機—變壓器—550 kV開關(guān)設(shè)備—系統(tǒng)的接線方式，如果靠近變壓器側(cè)發(fā)生短路故障，直流分量衰減時間常數(shù)較大，因此工程對斷路器開斷直流分量能力提出了較高的要求，根據(jù)向家壩電站短路計算，從能量及電流幅值計算結(jié)果比較可以得出，向家壩短路電流48.8 kA、時間常數(shù)τ=269 ms的對斷路器的開斷能力要求最高。

從電流波形參數(shù)及能量分析得出，雖然向家壩電站時間常數(shù)τ=269 ms較大，其電流幅值系數(shù)高、持續(xù)時間較長，但由于短路電流有效值48.8 kA較小，其開斷大半波能量、總的電流幅值比額定短路電流63 kA、直流分量衰減時間常數(shù)τ=120 ms小，西開LW13A-550/Y5000-63斷路器開斷額定短路電流63 kA、直流分量衰減時間常數(shù)τ=120 ms、直流分量達78%開斷能力可以滿足向家壩工程中對斷路器開斷要求。同時為進一步確認(rèn)斷路器的開斷能力，完成了周期分量48.80 kA、直流分量43.63 kA、直流分量百分?jǐn)?shù)63.2%、時間常數(shù)269 ms的斷路器開斷型式試驗。

（3）液壓機構(gòu)

斷路器操作機構(gòu)為液壓碟簧式機構(gòu)，主要特點是液壓系統(tǒng)布置在一個模塊中，無外接管道連接，可以明顯改善漏油現(xiàn)象，儲能采用蝶形彈簧組，工作壓力穩(wěn)定，抗干擾能力強。

（4）DMS局放監(jiān)測系統(tǒng)

右岸GIS布置36個超高頻耦合傳感器（頻率范圍，300～1 500 MHz），耦合傳感器提取在GIS內(nèi)傳輸?shù)木植糠烹娦盘枺偻ㄟ^超高頻同軸電纜傳送到安裝在GIS附近的信號處理及光電轉(zhuǎn)換單元（OCU）；每臺OCU匯接一個三相耦合器組所采集的超高頻信號，并進行濾波后將超高頻脈沖信號的幅度數(shù)字化并轉(zhuǎn)換成光信號，再通過光纜將信號傳送到安裝在GIS室的現(xiàn)地柜。

7 結(jié)語

右岸電站水輪發(fā)電機于2011年開始安裝，2012年10月首批機組投入運行。向家壩右岸電站采用了全世界最大的800 MW的空冷機組，23 kV的機端電壓，以及500 kV國產(chǎn)高壓電纜及附件等設(shè)備。特別是向家壩右岸電站5 160 m 500 kV交聯(lián)聚乙烯國產(chǎn)電纜以及24套國產(chǎn)電纜終端首次大規(guī)模應(yīng)用，使國產(chǎn)交聯(lián)電力電纜及附件制造及應(yīng)用踏上了一個新的起點，進一步推進了500 kV高壓電纜的國產(chǎn)化。

熟悉和掌握向家右岸電站電氣一次設(shè)備的電氣性能、技術(shù)特點，對于進行好設(shè)備的運行維護、特別是首批機組的安全發(fā)電，具有積極意義。

[1]發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國水力水電出版社，2002.